试验室测量脱盐水PH值的方法分析

试验室测量脱盐水PH值的方法分析【摘要】本文讨论冷板公司投产后，技术中心试验室对于外围公辅脱盐水站脱盐水PH值的测定分析。解释了现有仪器在测定乳化液、漂洗水的pH值是准确的，而在测定脱盐水PH值时却具有不确定性的原因，以及如何解决脱盐水pH值的测量问题。【关键词】脱盐水;pH值;影响因素;电导率;精密pH试纸AnalysisofMethodofTestingDemineralizedWaterPHValueinLaboratoryXUYuan（TianjinRolling-oneSteelCo.LtdTechnologyCenterChinaTianjin300270）【Abstract】InthispaperdiscussedthePHvalueanalysisdonebytechnologycenterofdemineralizedwaterfromdeminerliazedwaterutilitystationaftercoldrollingsteelcompanyputintoproduction.AndexplainedthereasoncurrenttestinginstrumentcangiveaccuratePHvaluewhentestingcoolantandrinsewater,butinaccuratePHvaluefortestingdemineralizedwater.ThematterhowlaboratorycansolvemeasuringPHvalueofdemineralizedwaterwasalsoexplicit.【Keywords】Demineralizedwater；PHvalue；Influencefactor；Conductivity；PrecisionPHtestpaper０．引言天津轧一冷轧薄板有限公司自投产以来，脱盐水一直是各产线生产的重要公辅介质，比如轧机乳化液的配制、锅炉房蒸汽的产生等，脱盐水的一些指标就尤为重要，它直接影响着产线能否顺利生产。脱盐水又称之为去离子水，英文为demineralizedwater，也就是将水质离子去除的类似于纯水的水质，这就需要我们技术中心试验室对于脱盐水的检测指标给予准确的测定。目前对于脱盐水电导率的测定比较稳定且准确(＜10μS/cm)，但pH值的测定却一直困扰着试验室人员，本文将从原理上给与为什么用现有PH计测定脱盐水PH值不能得到满意的测定结果，而测定其他工艺介质时却能得到很好的结果，以及今后如何测定脱盐水pH值。1.pH值测量的概念及其测量原理1.1测量pH值的由来pH的理论概念是1909年由索伦森提出的,意识到溶液中的氢离子浓度与溶液总酸度是不同的,但氢离子浓度在化学反应过程中常常是很重要的。在研究酶的催化反应时,为了使氢离子浓度表达的更方便,他用一个符号来代替，并把这个符号定义为pH,pH=-lgCH,式中CH=氢离子浓度,所以CH=10-pH。随着化学热力学的发展,我们已逐渐清楚认识到索伦森pH值的测定值并非是氢离子的浓度值。但是,pH值测定方法已被公认为一种标准的实验方法,实验也证明这种pH值测定方法具有理论上很大的重要性。1.2pH值的测量原理目前，我公司试验室采用的仪器是一家国产的PH计，电极为pH玻璃复合电极，用于测定轧机乳化液、酸洗漂洗水、工业循环水以及脱盐水等的pH值。溶液中氢离子的浓度(pH)值测量是通过量测电化学反应中所产生的电位进行的。电化学电池由一支参比电极和一支测量电极构成,两支电极都浸没在待测定的溶液中,并与一个测量的仪表连接,来检测两支电极之间的电动势。浸入溶液中的测量电极对pH非常敏感,并且测量电极的电位正比于待测溶液的pH值,而参比电极产生的电位是恒定的,测量电极的变化电位相对于这个参比电极的恒电位进行测量。测量电极的电位可由Nernst方程来表示:E=E0+■lnαH=E0-■pH其中：E为溶液中测量电极与参比电极的电位差，单位mV；E0为H+活度等于1、温度为T时测量电极与参比电极的电位差，单位mV；F为法拉第常数；R为气体常数；T代表绝对温度，单位K；n代表电极反应的电子得失数，此时n=1，αH为水样中H+活度，单位mol／L；在溶液电导率极低的情况下，H+浓度可以等同于H+活度的。从以上公式可以看出，我们用pH计不论是测定乳化液、循环水还是漂洗水或是脱盐水，都是溶液电位差反馈的信号，是氢离子活度的度量。但是，为什么只有脱盐水的pH值出现不稳定的情况，是不是与其电导率极小(＜10μS/cm)，基本上属于纯水，几乎没有任何离子有关呢，需要我们进一步分析。2.外围公辅脱盐水pH值测定分析2.1试验室测定的现实情况我们每日都要对脱盐水站人员送来的水质进行pH和电导率测定，但有时脱盐水站人员反应同样的水样先后送来两次，pH值的差别会很大。就是一次送来的水样，在pH值测定过程中，数值也会不停的跳跃，还有就是pH在测定中有逐渐下降的趋势。我们通过大量的试验和分析调查工作，发现其他企业在对纯水的测定中，也会出现类似的现象。有很多人都不太理解,认为仪器的操作问题或是仪器本身的测量有问题,并且感到非常的疑惑。但是，即使我们把仪器本身和人为操作的误差等因素都排除掉,这种测量偏差仍然会有,我们经过查阅大量类似的资料与数据进行对比,也证实了这一点。我认为之所以出现这样的测定结果是有多方面的原因，我们要从根本上解决测定中的误差，并找到合适的方法去测定脱盐水的pH值。2.2脱盐水pH值测定困难的原因纯水pH值的测量要想得到一个比较准确的结果，特别是用常规的复合电极在企业化验室这样敞开式环境的测量，是非常困难的。表现的情况是：显示值漂移，响应速度慢，准确度低，重复性差。2.2.1取样误差由于试验室试验仪器分析的水样是水站人员人工取样所得,不论在取样时还是在取样后,包括在进行测量时,水样都会与周围空气进行充分的接触,因此空气中的CO2气体会不断溶解于在水样中,CO2气体会与水分子结合形成碳酸，而碳酸又会解离为H+与HCO3-，HCO3-会进一步解离为H+与CO32-，而这会引起水样pH的降低。具体化学反应方程式如下：CO2+H2O?圮H2CO3H2CO3?圮H++HCO3-HCO3-?圮H++CO32-实际测量表明,在试验室人工进行pH值测量时,如果测量时间稍长,则同台仪器测量同一水样的pH值会明显下降,其原因正是由于CO2气体的溶解,使得此水样的氢离子浓度已经增加了。所以，就算是仪器是准确的，测量方法是正确的，这种误差还是不可避免的。2.2.2脱盐水对于复合电极电位测量时的影响由于我公司脱盐水的质量非常高，电导率极小(＜10μS/cm)，甚至有时候小于5μS/cm，基本近于高纯水状态，水中离子浓度非常低，而参比电极盐桥溶液选中高浓度3mol/L的KCl，相互之间的浓度差较大，与它在普通溶液（乳化液、循环水）中的情况差别很大。在纯水中会加大电极盐桥溶液的渗透速度，促使盐桥的电解液快速损耗，从而加速了K+和Cl-的浓度的降低，导致电极周围局部溶液的K+和Cl-的浓度变化，引起电极液接界电位的不稳定。用Ag/AgCl参比电极进行电位测量，主要就是取决于Cl-的浓度，Cl-浓度如果发生了变化，那么随之参比电极本身的电位也会变化。这样，就导致pH计显示值不稳定，反复跳跃，尤其是那些不能补充内参比液的复合电极。2.2.3复合电极测量区域的分析复合电极的液接界面在测量电极敏感球泡的上部1公分左右的位置，或者距离测量电极非常近，这样如果有电解液从参比电极中渗漏出来必然会污染到测量电极，从而使其附近的总离子浓度增加，那么pH计测量的数值就会受到离子浓度变化的影响，导致测量数值不准确。而其他溶液（乳化液、循环水）等由于离子活动很高，这种参比电极与测量电极之间的渗漏导致电极附近溶液离子浓度的变化就可以忽略，而脱盐水的离子活度极低，很微小的渗漏会引起很大的电位变化，必然会引起测量数据的不准确。3.解决方法与效果根据以上pH计测定脱盐水pH值困难的原因分析，我们技术中心也提出了从取样到最终测定的一系列改善方案，但改善后的测定效果并不是很理想。3.1封闭取样与测定，减小空气对于脱盐水pH值的影响我们要求外围公辅取样人员在取水样后，立即将瓶口封闭。并要求试验室人员，在测定中，将复合电极套上橡胶盖，密封水样进行测量，测量效果有所改善，但鉴于电极测量本身固有的因素，数据还是有所波动。并要求试验室人员将pH计测定数据与广泛pH试纸进行核对，最终确定pH值。3.2测量时加入KCl溶液，增加离子活度为了减小液接电位的影响，我们按比例在每50ml脱盐水中加入一滴0.1mol/L的KCl溶液，测量的pH值的稳定性有所改善，但效果还不是很显著。4.脱盐水pH的测定方法的更改通过反复进行试验，我们得出结论，对于我公司脱盐水pH值的测定不适合用pH计，而采用精密pH试纸测定会取得很好的效果。这是因为pH计测定与精密pH试纸测定pH值原理是不同的，前者是电位的变化，而后者则是化学反应颜色的变化。用精密pH试纸测定脱盐水的pH值就不用考虑离子活度的影响，也不用考虑由于脱盐水电导率极低，接近纯水，影响复合电极的响应，用精密pH试纸测定脱盐水的数值是稳定而可靠的，只要保证取样的密闭性就可以了，把复杂的溶液电位变化条件，变为单纯的、只需保证CO2不会溶解在水样中即可。精密pH试纸按测量精度上可分0.2级、0.1级、0.01级或更高精度，根据我公司实际，选择0.2级或0.1级的精密试纸就可以了。鉴于目前国内并没有精度为0.1或0.2的精密pH试纸，只有精度为1的广泛pH试纸，我们于是采用进口的精密pH试纸，精度可达0.2，测量范围在6—8之间。5.结论通过大量的试验与资料的查阅，我公司脱盐水pH值的测定应由pH精密试纸代替传统的pH计测量，pH精密试纸在测定过程中重现性好，精密度也完全能满足我公司脱盐水指标的测定要求。同时，建议类似我冷板公司的企业在测定脱盐水等工业纯水pH值时也采用此种方法，保证测定准确度。【参考文献】［１］黄德培,沈子琛,吴国梁等.离子选择电极的原理及应用.北京:新时代出版社.1982.［２］DurstRA著.离子选择性电极.北京:科学出版社.1976.［３］杨文治.电化学基础.北京:北京大学出版社.1982.［４］仪器分析教程.北京大学出版社.2002.［５］许晓文,杨万龙.定量化学分析.南开大学出版社.1998.